《鋰/硫電池用金屬鋰負極的表面修飾及電化學性能研究》是依託南開大學，由高學平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋰/硫電池用金屬鋰負極的表面修飾及電化學性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：高學平
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
提高能量密度一直是二次電池發展的驅動力。鋰/硫電池是高能量密度二次電池領域中的研究重點之一。別特是，金屬鋰負極具有高比容量，是實現高能量密度和高穩定性鋰/硫電池的關鍵。針對在基於電化學溶解-沉積反應的鋰/硫電池中金屬鋰負極面臨的裂化、粉化和高還原性等關鍵問題，本申請重點進行金屬鋰負極的表面修飾，以期抑制鋰負極的嚴重裂化和可溶性鋰多硫化物的穿梭反應，以實現金屬鋰負極的高穩定性。因此，本項目擬採用原位形成穩定性無機氟化物膜和對金屬鋰進行多重複合表面修飾的技術途徑，重點研究在表面修飾對金屬鋰負極的界面作用機制和電化學行為的影響規律。本申請擬探討建立基於表面修飾來抑制金屬鋰負極的驗嚴重裂化、粉化和多硫化物穿梭反應的控制機制，以期實現在鋰硫電池體系中金屬鋰的長期循環穩定性的目標。這也將可為未來基於金屬鋰負極的高能量密度二次電池體系的構築與發展奠定可靠基礎，具有重要的科學意義和潛在的套用前景。
結題摘要
提高能量密度一直是二次電池發展的驅動力。鋰/硫電池是高能量密度二次電池領域中的研究重點之一。金屬鋰負極具有高比容量，是實現高能量密度和高穩定性鋰/硫電池的關鍵。但是，基於電化學溶解-沉積反應的鋰/硫電池中金屬鋰負極面臨的裂化、粉化和高還原性等關鍵問題。為解決以上關鍵問題，項目在鋰負極表面修飾、凝膠電解質和鋰合金化方面開展了探索研究。主要研究成果如下：（1）在表面修飾研究方面，探索研究了硝酸鑭的原位表面修飾，形成硫化鋰/硫化鑭的鈍化膜有助於降低金屬鋰的強還原性，穩定了在鋰-硫電池環境中金屬鋰負極的形貌；（2）在凝膠電解質抑制鋰負極腐蝕方面，重點針對金屬鋰負極的高反應活性與不均勻沉積問題，引入親鋰性和對陰離子吸附性的凝膠電解質，即降低了電解液用量，也減緩了對金屬鋰負極的腐蝕，確保了金屬鋰在長期循環過程中的穩定性；（3）在鋰合金化穩定機制方面，引入非活性金屬鎂，結合導電網路骨架設計與表面SEI膜的支撐作用，探明了鋰鎂合金化作用機制和穩定鋰負極的策略，實現了研究預期的設計思路。（4）在基於硫正極性能提升同時改善鋰負極穩定性方面，利用金屬氧化物和金屬納米粒子對多硫化物的吸附和催化作用，減緩和抑制多硫化物多鋰負極的副反應，進而改善了鋰負極的穩定性。本工作研發的S/NiCo2O4複合材料體積比容量和重量比容量分別達到1867mAh/cm3和1125mAh/g(composite)，圓滿完成了項目預期的研究目標。總之，本項目研究成果推進高比能鋰硫電池的研發進程，具有重要的理論意義和潛在的套用前景。項目研究成果申請中國發明專利6項，發表SCI收錄論文11篇，其中包括Adv. Energy Mater. (2篇)和Adv. Funct. Mater. (2篇)。項目執行期間，培養博士研究生5名，碩士研究生3名。
